资源简介

(共33张PPT)
第二节　安培力的应用
[学习目标]　
1.知道电流天平、磁电式电流表、直流电动机的基本构造及工作原理.
2.了解安培力在生产生活中的应用.
「情境导学」
知识点一　电流天平
如图所示,等臂电流天平右端挂一矩形线圈,线圈匝数为n,底边长为L,线圈的下半部分在磁感应强度为B的匀强磁场中.当线圈没有通电时,天平处于平衡状态.线圈中通入图示方向的电流I时,在磁场中的线圈a、b、c 段分别受安培力作用.
电流天平原理示意图
(1)由左手定则可知,a、c 段所受的安培力大小、方向有什么关系
(2)线圈通电后, b 段线圈受到向上的安培力,该安培力多大
(3)若使天平重新平衡,需在天平右盘中增加砝码,则增加砝码的质量多大
(4)相同电流下线圈所受的安培力越大,电流天平越灵敏,请写出一种增大电流天平灵敏度的方法.
提示:(1)a、c段所受的安培力大小相等,方向相反.
提示:(2)安培力F=nBIL.
提示:(4)增加线圈的匝数、增大磁感应强度、增加线圈底边的边长等.(写出一种即可)
「知识整合」
1.普通天平是应用 把被测物与已知质量的砝码进行力学平衡,利用 测量出被测物体的质量.
2.电流天平同样运用等效替代法,结合 的相关知识和现代电子技术,通常用于实验室中测量两平行通电导体之间的 和
.
杠杆原理
等效替代法
安培力
相互作用力
磁感应强度
[例1] (电流天平)(多选)(2024·广东佛山高二期末)图为电流天平,可以测量匀强磁场的磁感应强度B.它的右臂挂着矩形线圈,线圈匝数为n,b段线圈长为l,线圈a、b、c段处于匀强磁场中,磁感应强度方向与线圈平面垂直.当线圈没有通电时,天平处于平衡状态.当线圈中通入电流I时,在右盘加质量为m的砝码可使天平重新平衡.下列说法正确的是(　　 )
BC
当电流反向时,安培力反向,安培力变化量为2nILB,若天平仍平衡,则安培力变化量与砝码的重力变化量相等.
·规律总结·
[训练1] (2025·东莞市高二月考)物理兴趣小组自制的电流表原理图如图所示.质量为m的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连,弹簧的劲度系数为k,在边长ab=L1、bc=L2的矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.MN的右端连接一绝缘轻指针,可指示出标尺上的刻度,MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且处于静止时,MN与ab边重合,且指针指在标尺的零刻度.当MN中有电流时,指针示数可表示电流大小.MN始终在纸面内且保持水平,重力加速度为g,则(　　)
D
[训练2] (2024·广东潮州高二月考)电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度大小,装置如图所示.其右臂悬挂着匝数n=10的矩形线圈,线圈的水平边长l=10 cm,处于匀强磁场中,磁感应强度的方向垂直于线圈平面向外.当线圈中通有I=0.1 A、顺时针方向的电流时,调节砝码使天平达到平衡,此时左盘中砝码质量m1=0.4 kg,右盘中砝码质量m2=0.5 kg.若悬挂矩形线圈的轻杆及矩形线圈的质量均不计,重力加速度g=10 m/s2.
(1)求线圈所在处磁场的磁感应强度大小;
【答案】 (1)10 T
【解析】 (1)根据左手定则可知,线圈所受安培力的方向竖直向上,安培力大小为FA=nBIl
由平衡条件得m1g=m2g-FA
代入数据解得B=10 T.
(2)若仅使线圈中电流反向,需要再向左盘中添加质量为多少的砝码才能使此天平两臂再达到平衡
【答案】 (2)0.2 kg
【解析】 (2)若电流反向,则由左手定则可知,线圈所受安培力方向竖直向下.设还需要在左盘中添加质量为m的砝码,
由平衡条件得m1g+mg=m2g+nBIl
代入数据解得m=0.2 kg.
知识点二　磁电式电表
「情境导学」
磁电式电表的内部结构示意图如图,其测量原理:利用磁场对通电线圈的安培力使线圈偏转带动指针指示示数.不通电时,线圈不受力,指针指在表盘的正中间.
(1)通电后,电流越大,线圈受到的安培力如何变化,螺旋弹簧的形变程度如何变化,指针偏转角度如何变化
(2)电流反向,安培力方向如何变化,指针偏转方向呢 该表能否判断电流的方向
(3)如何提高磁电式电表的灵敏度 (写出一种方法即可)
提示:(1)安培力越大,弹簧形变越大,指针偏转角度越大.
提示:(2)安培力反向,指针反向偏转,能.
提示:(3)①增加线圈的匝数.②增强电流计中永久磁铁的磁感应强度.③换用弹性较小的螺旋弹簧.(答其中一种即可)
[例2] (磁电式电流表)(2024·广东韶关高二月考)如图所示,某磁电式电流表的矩形线圈处在均匀辐射状的磁场中,线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均相等.线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针稳定,下列说法正确的是(　　)
[A]该辐射状的磁场为匀强磁场
[B]线圈顺时针转动过程中,穿过线圈的磁通量减少
[C]通电线圈中的电流越大,线圈所受的安培力就越大
[D]更换劲度系数更小的螺旋弹簧,可增大电流表的量程
C
【解析】 该磁场方向改变,所以不是匀强磁场,A错误;因为线圈处在如图所示位置时,线圈与磁感线平行,故磁通量为零,线圈顺时针转动的过程中,穿过线圈的磁通量始终为零,磁通量不变,B错误;安培力与电流大小成正比,所以通电线圈中的电流越大,线圈所受的安培力就越大,C正确;当线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针稳定,更换劲度系数更小的螺旋弹簧,相同弹力(安培力)弹簧的形变量更大,电流表的量程减小,D错误.故选C.
[训练3] (2024·广东省广州市高二期中改编)图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构.矩形线圈的匝数为n,电阻为R.矩形线圈处在均匀辐射状磁场中,如图乙所示,线圈左右两边所在处的磁感应强度大小均为B.线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针达到稳定.下列说法正确的是(　　)
B
【解析】 线圈转动过程中,通过指针的偏转方向可以判断电流方向,A错误;线圈左右两边所在处的磁感应强度大小均为B,无论什么位置磁感应强度大小都相等,根据安培力的表达式F=BIL,可知安培力的大小只与电流大小相关,与所在位置无关,B正确;线圈中的电流越大,线圈所受到的安培力越大,电流表指针偏转角度也就越大,C错误;更换劲度系数更小的螺旋弹簧,电流变化量相等时,安培力变化量相等,但转动角度变化量大,故灵敏度增大,D错误.
知识点三　直流电动机
「情境导学」
图甲为给出的一个直流电动机的工作模型,它由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷等组成,由直流电源供电.其中,滑环分成两个半圆环A与B,它们相互绝缘,称为换向器.
(1)换向器的作用是什么
(2)当线圈处于如图乙所示位置时,ab边正向上转动,其所受安培力方向如何
(3)当ab边转到右侧时,其速度方向向下,其所受安培力方向如何
提示:(1)改变电流方向,使线圈能够持续转动下去.
提示:(2)ab边受到的安培力方向向上.
提示:(3)ab边受到的安培力方向向下.
如图所示的直流电动机,若需要将线圈转速提高,需怎样调节滑动变阻器的滑片
提示:向左滑动滑片,减小滑动变阻器的电阻.
「思考」
1.直流电动机:利用安培力使通电线圈转动的典型应用.从能量的角度看,它是将电能转换成 的旋转电机.
2.结构:直流电动机由蹄形磁铁、线圈、电刷和 等部件组成.
「知识整合」
机械能
换向器
易错辨析
(1)直流电动机的工作原理是磁场对电流的作用.(　 　)
(2)电动机的转速可以通过改变输入电流调节.(　 　)
(3)直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的半铜环组成的.(　 　)
(4)电源的正、负极和磁场的方向都改变时,直流电动机的转动方向也改变.
(　 　)
√
×
√
×
[例3] (直流电动机)如图所示,这是直流电动机的模型,闭合开关后线圈顺时针转动.现要使线圈逆时针转动,下列方法可行的是(　　)
[A]对调电源的正、负极
[B]只改变电流大小
[C]换用磁性更强的磁铁
[D]对换磁极同时改变电流方向
A
【解析】 直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关,若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变,它的转动方向将改变,但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向,线圈的转动方向将不变,故A正确.
[训练3] (多选)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音.俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面),磁场方向如图中箭头所示.下列选项正确的是( 　　)
[A]当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
[B]当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
[C]当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
[D]当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
BC
【解析】 将线圈分割成无限个小段,每一小段看成直导线,根据左手定则,当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直纸面向外,故A错误,B正确;当电流沿逆时针方向时,根据左手定则知安培力的方向垂直纸面向里,故C正确,D错误.
知识点四　电磁炮
[例4] (电磁炮)电磁轨道炮发射的基本原理如图所示,水平地面上两条平行的金属导轨A和导轨B充当炮管,弹丸放置在两导轨之间,当强大的电流I流过弹丸时,弹丸获得加速度,最终高速发射出去,下列说法正确的是(　　)
[A]导轨之间的磁场方向可能竖直向下
[B]导轨之间的磁场方向可能水平向右
[C]电磁炮的本质是一种大功率型发电机
[D]若要增大发射速度,可增大流过弹丸的电流
D
【解析】 根据安培定则可知,两导轨中的强电流在导轨之间产生的磁场方向竖直向上,A、B错误;电磁炮的本质是电磁发射技术,不是大功率型发电机,C错误;增大流过弹丸的电流,安培力将增大,根据牛顿第二定律知,弹丸获得的加速度增大,则其他条件不变的情况下,发射速度增大,D正确.
[训练4] (2024·广东深圳高二月考)电磁轨道炮是指以电能为发射能源,利用电磁导轨之间流过的大功率瞬态电流产生强大磁场作用力驱动弹体的一种杀伤武器,其工作原理如图所示.轨道电流在弹体处形成垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度B=kI(k为常数).电流I从一条轨道流入质量为m的弹体后从另一条轨道流回,弹体在磁场力作用下在两平行轨道之间无阻尼加速运动,并与轨道保持良好接触.轨道的有效长度为L,宽度为d,则弹体的出射速度约为(　　)
A
感谢观看第二节　安培力的应用
[学习目标]
1.知道电流天平、磁电式电流表、直流电动机的基本构造及工作原理.
2.了解安培力在生产生活中的应用.
知识点一　电流天平
情境导学
如图所示,等臂电流天平右端挂一矩形线圈,线圈匝数为n,底边长为L,线圈的下半部分在磁感应强度为B的匀强磁场中.当线圈没有通电时,天平处于平衡状态.线圈中通入图示方向的电流I时,在磁场中的线圈a、b、c 段分别受安培力作用.
电流天平原理示意图
(1)由左手定则可知,a、c 段所受的安培力大小、方向有什么关系
(2)线圈通电后, b 段线圈受到向上的安培力,该安培力多大
(3)若使天平重新平衡,需在天平右盘中增加砝码,则增加砝码的质量多大
(4)相同电流下线圈所受的安培力越大,电流天平越灵敏,请写出一种增大电流天平灵敏度的方法.
提示:(1)a、c段所受的安培力大小相等,方向相反.(2)安培力F=nBIL.(3)根据mg=nBIL,解得m=.(4)增加线圈的匝数、增大磁感应强度、增加线圈底边的边长等.(写出一种即可)
知识整合
1.普通天平是应用杠杆原理把被测物与已知质量的砝码进行力学平衡,利用等效替代法测量出被测物体的质量.
2.电流天平同样运用等效替代法,结合安培力的相关知识和现代电子技术,通常用于实验室中测量两平行通电导体之间的相互作用力和磁感应强度.
[例1] (电流天平)(多选)(2024·广东佛山高二期末)图为电流天平,可以测量匀强磁场的磁感应强度B.它的右臂挂着矩形线圈,线圈匝数为n,b段线圈长为l,线圈a、b、c段处于匀强磁场中,磁感应强度方向与线圈平面垂直.当线圈没有通电时,天平处于平衡状态.当线圈中通入电流I时,在右盘加质量为m的砝码可使天平重新平衡.下列说法正确的是(　　)
[A]线圈受到的安培力方向竖直向下
[B]在右盘加质量为m的砝码后,若同时将磁场和电流反向,天平仍然平衡
[C]由以上测量数据可以求出磁感应强度B=
[D]若仅将电流反向,可在右盘加质量为2m的砝码使天平重新平衡
【答案】 BC
【解析】 根据左手定则可知线圈受到的安培力方向竖直向上,A错误;在右盘加质量为m的砝码后,若同时将磁场和电流反向,此时安培力的大小和方向都不变,所以天平仍然平衡,
B正确;根据题意可知nBIL=mg,解得B=,C正确;若仅将电流反向,安培力竖直向下,在右盘加质量为2m的砝码,无法使天平重新平衡,故D错误.选B、C.
当电流反向时,安培力反向,安培力变化量为2nILB,若天平仍平衡,则安培力变化量与砝码的重力变化量相等.
[训练1] (2025·东莞市高二月考)物理兴趣小组自制的电流表原理图如图所示.质量为m的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连,弹簧的劲度系数为k,在边长ab=L1、bc=L2的矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.MN的右端连接一绝缘轻指针,可指示出标尺上的刻度,MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且处于静止时,MN与ab边重合,且指针指在标尺的零刻度.当MN中有电流时,指针示数可表示电流大小.MN始终在纸面内且保持水平,重力加速度为g,则(　　)
[A]金属杆中的电流方向不影响电流表正常工作
[B]当该电流表的示数为零时,弹簧的伸长量为零
[C]该电流表的刻度在有效范围内是不均匀的
[D]该电流表的最大量程是Im=
【答案】 D
【解析】 电流表正常工作时金属杆所受安培力方向应向下,即金属杆中的电流方向应为M→N,故电流方向改变,所受安培力方向改变,会影响电流表正常工作,A错误;当该电流表的示数为零时,满足kΔx=mg,可得弹簧的伸长量为Δx=≠0,B错误;设电流表满偏时通过MN的电流为Im,此时金属杆到达cd位置,由平衡条件可得mg+BImL1=k(Δx+L2),联立可解得最大量程为Im=,同理可知,在未达到最大量程时满足I=,I与x成正比,故该电流表的刻度在有效范围内是均匀的,C错误,D正确.
[训练2] (2024·广东潮州高二月考)电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度大小,装置如图所示.其右臂悬挂着匝数n=10的矩形线圈,线圈的水平边长l=10 cm,处于匀强磁场中,磁感应强度的方向垂直于线圈平面向外.当线圈中通有I=0.1 A、顺时针方向的电流时,调节砝码使天平达到平衡,此时左盘中砝码质量m1=0.4 kg,右盘中砝码质量m2=0.5 kg.若悬挂矩形线圈的轻杆及矩形线圈的质量均不计,重力加速度g=10 m/s2.
(1)求线圈所在处磁场的磁感应强度大小;
(2)若仅使线圈中电流反向,需要再向左盘中添加质量为多少的砝码才能使此天平两臂再达到平衡
【答案】 (1)10 T　(2)0.2 kg
【解析】 (1)根据左手定则可知,线圈所受安培力的方向竖直向上,安培力大小为FA=nBIl
由平衡条件得m1g=m2g-FA
代入数据解得B=10 T.
(2)若电流反向,则由左手定则可知,线圈所受安培力方向竖直向下.设还需要在左盘中添加质量为m的砝码,由平衡条件得m1g+mg=m2g+nBIl
代入数据解得m=0.2 kg.
知识点二　磁电式电表
情境导学
磁电式电表的内部结构示意图如图,其测量原理:利用磁场对通电线圈的安培力使线圈偏转带动指针指示示数.不通电时,线圈不受力,指针指在表盘的正中间.
(1)通电后,电流越大,线圈受到的安培力如何变化,螺旋弹簧的形变程度如何变化,指针偏转角度如何变化
(2)电流反向,安培力方向如何变化,指针偏转方向呢 该表能否判断电流的方向
(3)如何提高磁电式电表的灵敏度 (写出一种方法即可)
提示:(1)安培力越大,弹簧形变越大,指针偏转角度越大.(2)安培力反向,指针反向偏转,能.
(3)①增加线圈的匝数.②增强电流计中永久磁铁的磁感应强度.③换用弹性较小的螺旋弹簧.(答其中一种即可)
[例2] (磁电式电流表)(2024·广东韶关高二月考)如图所示,某磁电式电流表的矩形线圈处在均匀辐射状的磁场中,线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均相等.线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针稳定,下列说法正确的是(　　)
[A]该辐射状的磁场为匀强磁场
[B]线圈顺时针转动过程中,穿过线圈的磁通量减少
[C]通电线圈中的电流越大,线圈所受的安培力就越大
[D]更换劲度系数更小的螺旋弹簧,可增大电流表的量程
【答案】 C
【解析】 该磁场方向改变,所以不是匀强磁场,A错误;因为线圈处在如图所示位置时,线圈与磁感线平行,故磁通量为零,线圈顺时针转动的过程中,穿过线圈的磁通量始终为零,磁通量不变,B错误;安培力与电流大小成正比,所以通电线圈中的电流越大,线圈所受的安培力就越大,C正确;当线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针稳定,更换劲度系数更小的螺旋弹簧,相同弹力(安培力)弹簧的形变量更大,电流表的量程减小,D错误.
故选C.
[训练3] (2024·广东省广州市高二期中改编)图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构.矩形线圈的匝数为n,电阻为R.矩形线圈处在均匀辐射状磁场中,如图乙所示,线圈左右两边所在处的磁感应强度大小均为B.线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时,指针达到稳定.下列说法正确的是(　　)
[A]该电流表只能测电流的大小,不能确定被测电流的方向
[B]在线圈转动范围内,线圈所受安培力大小与电流大小有关,而与所在位置无关
[C]通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度就越小
[D]更换劲度系数更小的螺旋弹簧,可以减小电流表的灵敏度(灵敏度即)
【答案】 B
【解析】 线圈转动过程中,通过指针的偏转方向可以判断电流方向,A错误;线圈左右两边所在处的磁感应强度大小均为B,无论什么位置磁感应强度大小都相等,根据安培力的表达式F=BIL,可知安培力的大小只与电流大小相关,与所在位置无关,B正确;线圈中的电流越大,线圈所受到的安培力越大,电流表指针偏转角度也就越大,C错误;更换劲度系数更小的螺旋弹簧,电流变化量相等时,安培力变化量相等,但转动角度变化量大,故灵敏度增大,D错误.
知识点三　直流电动机
情境导学
图甲为给出的一个直流电动机的工作模型,它由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷等组成,由直流电源供电.其中,滑环分成两个半圆环A与B,它们相互绝缘,称为换向器.
(1)换向器的作用是什么
(2)当线圈处于如图乙所示位置时,ab边正向上转动,其所受安培力方向如何
(3)当ab边转到右侧时,其速度方向向下,其所受安培力方向如何
提示:(1)改变电流方向,使线圈能够持续转动下去.(2)ab边受到的安培力方向向上.(3)ab边受到的安培力方向向下.
思考
如图所示的直流电动机,若需要将线圈转速提高,需怎样调节滑动变阻器的滑片
提示:向左滑动滑片,减小滑动变阻器的电阻.
知识整合
1.直流电动机:利用安培力使通电线圈转动的典型应用.从能量的角度看,它是将电能转换成机械能的旋转电机.
2.结构:直流电动机由蹄形磁铁、线圈、电刷和换向器等部件组成.
易错辨析
(1)直流电动机的工作原理是磁场对电流的作用.(　√　)
(2)电动机的转速可以通过改变输入电流调节.(　×　)
(3)直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的半铜环组成的.(　√　)
(4)电源的正、负极和磁场的方向都改变时,直流电动机的转动方向也改变.(　×　)
[例3] (直流电动机)如图所示,这是直流电动机的模型,闭合开关后线圈顺时针转动.现要使线圈逆时针转动,下列方法可行的是(　　)
[A]对调电源的正、负极
[B]只改变电流大小
[C]换用磁性更强的磁铁
[D]对换磁极同时改变电流方向
【答案】 A
【解析】 直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关,若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变,它的转动方向将改变,但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向,线圈的转动方向将不变,故A正确.
[训练3] (多选)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音.俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面),磁场方向如图中箭头所示.下列选项正确的是(　　)
[A]当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
[B]当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
[C]当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
[D]当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
【答案】 BC
【解析】 将线圈分割成无限个小段,每一小段看成直导线,根据左手定则,当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直纸面向外,故A错误,B正确;当电流沿逆时针方向时,根据左手定则知安培力的方向垂直纸面向里,故C正确,D错误.
知识点四　电磁炮
[例4] (电磁炮)电磁轨道炮发射的基本原理如图所示,水平地面上两条平行的金属导轨A和导轨B充当炮管,弹丸放置在两导轨之间,当强大的电流I流过弹丸时,弹丸获得加速度,最终高速发射出去,下列说法正确的是(　　)
[A]导轨之间的磁场方向可能竖直向下
[B]导轨之间的磁场方向可能水平向右
[C]电磁炮的本质是一种大功率型发电机
[D]若要增大发射速度,可增大流过弹丸的电流
【答案】 D
【解析】 根据安培定则可知,两导轨中的强电流在导轨之间产生的磁场方向竖直向上,A、B错误;电磁炮的本质是电磁发射技术,不是大功率型发电机,C错误;增大流过弹丸的电流,安培力将增大,根据牛顿第二定律知,弹丸获得的加速度增大,则其他条件不变的情况下,发射速度增大,D正确.
[训练4] (2024·广东深圳高二月考)电磁轨道炮是指以电能为发射能源,利用电磁导轨之间流过的大功率瞬态电流产生强大磁场作用力驱动弹体的一种杀伤武器,其工作原理如图所示.轨道电流在弹体处形成垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度B=kI(k为常数).电流I从一条轨道流入质量为m的弹体后从另一条轨道流回,弹体在磁场力作用下在两平行轨道之间无阻尼加速运动,并与轨道保持良好接触.轨道的有效长度为L,宽度为d,则弹体的出射速度约为(　　)
　　 　　　　　 　　　　　 　　　
[A]I [B]I
[C]I [D]I
【答案】 A
【解析】 根据动能定理可知BIdL=mv2-0,解得v=I,故选A.
课时作业(二)　安培力的应用
(分值:78分)
(选择题每题6分)
知识点一　电流天平
1.(2025·广东东莞高二期末)如图所示为电流天平,可用来测定磁感应强度.天平的右臂上挂有一匝数为N的矩形线圈,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,当线圈中通有顺时针方向的电流I时,发现天平的左端低右端高,下列调整方案有可能使天平水平平衡的是(　　)
[A]仅减小电流大小
[B]仅改变电流方向
[C]仅将磁场反向
[D]仅增加线圈的匝数
【答案】 D
【解析】 天平是等臂杠杆,当线圈中通有电流I时,根据左手定则,右端线圈受到的安培力竖直向下,天平的左端低右端高,说明安培力偏小,要使天平水平平衡,必须增大安培力,根据F=nBIL可知,即增大线圈匝数、电流、线框短边的长度.故选D.
2.如图,在等臂电流天平的右端托盘下固定一矩形线圈,线圈匝数为n,底边cd长为L,调平衡后放在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直;当线圈中通入图示方向的电流I时,在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码使天平再次平衡,重力加速度大小为g,则以下关系式正确的是(　　)
[A]nBIL=(m1-m2)g
[B]nBIL=(m2-m1)g
[C]BIL=(m2-m1)g
[D]BIL=(m1+m2)g
【答案】 B
【解析】 根据左手定则可知线圈所受安培力方向为竖直向上,根据平衡条件有m2g-nBIL=m1g,解得nBIL=(m2-m1)g,故选B.
知识点二　磁电式电表
3.如图甲是磁电式电表的结构示意图,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示,边长为L的正方形线圈中通以电流I,线圈中的a导线电流方向垂直于纸面向外,b导线电流方向垂直于纸面向里,a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则(　　)
[A]该磁场的磁感应强度大小处处相等,方向不同
[B]通过该线圈的磁通量为BL2
[C]a导线受到的安培力方向向下
[D]线圈转动时,螺旋弹簧被扭动,阻碍线圈转动
【答案】 D
【解析】 根据磁感线疏密代表磁场强弱可知,该磁场的磁感应强度并非处处大小相等,故A错误;线圈平面与磁感线始终平行,故通过该线圈的磁通量为零,故B错误;a导线电流垂直于纸面向外,磁场向右,根据左手定则可知,安培力向上,故C错误;线圈转动时,螺旋弹簧被扭动,阻碍线圈转动,故D正确.
知识点三　直流电动机
4.(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示.矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴.将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方.为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将(　　)
[A]左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
[B]左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
[C]左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
[D]左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
【答案】 AD
【解析】 装置平面示意图如图所示.图示状态的磁场方向向上,若形成通路,线圈下边导线中的电流方向向左,受到垂直纸面向里的安培力,同理,上边导线中电流受到垂直纸面向外的安培力,使线圈转动.当线圈上边导线转到下边时,若仍通路,线圈上、下边中的电流方向与图示方向相反,受到的安培力反向,阻碍线圈转动.若要线圈连续转动,则要求左、右转轴只能上一侧或下一侧形成通路,另一侧断路,A、D正确.
5.(15分)如图所示,在一直流电动机的气隙中(磁极和电枢之间的区域),磁感应强度大小为0.8 T.假设在匀强磁场中垂直放有400匝电枢导线,电流为10 A,导线的有效长度为
0.15 m,求:
(1)(7分)电枢导线ab边所受安培力的大小;
(2)(8分)线圈转动的方向.
【答案】 (1)480 N　(2)从外向里看为顺时针方向
【解析】 (1)根据安培力公式,
电枢导线ab边所受安培力的大小为F安=nBIL=400×0.8×10×0.15 N=480 N.
(2)在题图位置,由左手定则知ab边所受安培力方向向上,dc边所受安培力方向向下.则从外向里看,线圈沿顺时针方向转动.
知识点四　电磁炮
6.(多选)(2025·广东广州高二联考)航空母舰舰载机如果安装辅助起飞的电磁弹射系统(如图甲所示)能迅速达到起飞速度.电磁弹射系统的一种设计可简化为图乙所示,图中MN、PQ是光滑平行金属直导轨(电阻忽略不计),AB是电磁弹射车,回路PBAM中的电流恒定,且可当长直导线处理.该电流产生的磁场对弹射车施加力的作用,从而带动舰载机由静止开始向右加速起飞,不计空气阻力,关于该系统,下列说法正确的是(　　)
[A]MN、PQ间的磁场是匀强磁场
[B]弹射车所受安培力的大小与电流的大小成正比
[C]弹射车的速度大小与运动的时间成正比
[D]若改变回路PBAM中的电流方向,弹射车也能正常加速
【答案】 CD
【解析】 根据左手定则可知,MN、PQ间有竖直向上的磁场,且离导线越远磁场越弱,PB和AM产生的磁场叠加后并不是匀强磁场,A错误;导轨间的磁场由电流产生,可看成正比于电流,由F=BIL可知,弹射车所受的安培力的大小与电流的平方是正比关系,B错误;沿导轨方向磁场不变,且回路PBAM中电流恒定,导轨间距不变,由F=BIL可知,安培力大小不变,由牛顿第二定律F=ma可知,加速度大小不变,由v=at可知弹射车的速度大小与运动的时间成正比,C正确;根据右手定则可知电流方向沿回路PBAM时,导轨之间产生竖直向上的磁场,结合左手定则可知电磁弹射车所受安培力方向向右,当电流方向沿回路MABP时,根据右手定则可知导轨之间产生竖直向下的磁场,结合左手定则可知电磁弹射车所受安培力方向依然向右,所以改变回路PBAM中的电流方向,电磁弹射车所受安培力不变,仍能正常加速,D正确.故选CD.
7.(15分)(2025·广东惠州高二期中)电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤性武器.如图甲为电磁炮工作原理示意图,可简化为图乙模型.某电磁炮导轨长10 m,两导轨之间的距离为0.5 m.导轨间的磁场可认为是方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为1.5 T,电流方向如图所示,电流大小为6×106 A.质量为10 kg的炮弹受到安培力的作用从导轨右端静止开始一直做匀加速直线运动,到达最左端离开导轨发射出去.整个电磁炮固定在水平面上,忽略炮弹与导轨间的摩擦力.求:
(1)(7分)炮弹在导轨中所受安培力的大小;
(2)(8分)炮弹到达左端时离开导轨的速度大小.
【答案】 (1)4.5×106 N　(2)3 000 m/s
【解析】 (1)炮弹在导轨中所受安培力F安=BIL
代入数据解得F安=4.5×106 N.
(2)炮弹在安培力的作用下的加速度a=
解得a=4.5×105 m/s2
根据运动学公式有v2=2as
解得v=3 000 m/s.
(选择题每题9分)
8.(2025·深圳龙华中学段考)电流天平是一种测量磁场力的装置,如图所示.两相距很近的多匝通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ,线圈Ⅰ固定,线圈Ⅱ置于天平托盘上.当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零.下列说法正确的是(　　)
[A]两线圈电流方向相同时,天平示数为正数
[B]两线圈电流方向相反时,天平示数为负数
[C]线圈Ⅰ的匝数越少,天平越灵敏
[D]线圈Ⅱ的匝数越多,天平越灵敏
【答案】 D
【解析】 当天平示数为负时,说明两线圈相互吸引,两线圈电流方向相同,当天平示数为正时,说明两线圈相互排斥,两线圈电流方向相反,故A、B错误.由于线圈Ⅱ放在天平托盘上,线圈Ⅱ受到线圈Ⅰ的作用力为F=n2BI2L,线圈Ⅰ的匝数越多,B越大,相同情况下的作用力越大,则天平越灵敏;线圈Ⅱ的匝数越多,相同情况下的作用力越大,则天平越灵敏,故C错误,D正确.
9.(多选)(2025·广东肇庆高二月考)在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,紧贴边缘内壁放一个圆环形电极,并把它们与电池的两极相连,然后在玻璃皿中放入导电液体,例如盐水.如果把玻璃皿放在蹄形磁铁的磁场中,如图所示,通过所学的知识可知,当接通电源后从上向下看(　　)
[A]液体将顺时针旋转
[B]让蹄形磁铁翻转90°,使磁场方向水平,液体的旋转效果不变
[C]若仅调换蹄形磁铁的N、S极位置,液体旋转方向不变
[D]若仅调换电源正、负极位置,液体旋转方向发生变化
【答案】 AD
【解析】 在电源外部电流由正极流向负极,因此电流由中心流向边缘;器皿所在处的磁场竖直向上,由左手定则可知,导电液体受到的磁场力从上向下看沿顺时针方向,因此液体沿顺时针方向旋转,A正确.让蹄形磁铁翻转90°,使磁场方向水平,根据左手定则,液体受到竖直方向的安培力,液体没有旋转效果,B错误.仅仅调换蹄形磁铁的N、S极位置或仅仅调换电源的正、负极位置,根据左手定则可知安培力方向肯定改变,故C错误,D正确.

展开更多......

收起↑